]> bbs.cooldavid.org Git - net-next-2.6.git/blob - mm/percpu.c
b403d7c02c67923acdfefaa299acf08f27b9dda5
[net-next-2.6.git] / mm / percpu.c
1 /*
2  * mm/percpu.c - percpu memory allocator
3  *
4  * Copyright (C) 2009           SUSE Linux Products GmbH
5  * Copyright (C) 2009           Tejun Heo <tj@kernel.org>
6  *
7  * This file is released under the GPLv2.
8  *
9  * This is percpu allocator which can handle both static and dynamic
10  * areas.  Percpu areas are allocated in chunks.  Each chunk is
11  * consisted of boot-time determined number of units and the first
12  * chunk is used for static percpu variables in the kernel image
13  * (special boot time alloc/init handling necessary as these areas
14  * need to be brought up before allocation services are running).
15  * Unit grows as necessary and all units grow or shrink in unison.
16  * When a chunk is filled up, another chunk is allocated.
17  *
18  *  c0                           c1                         c2
19  *  -------------------          -------------------        ------------
20  * | u0 | u1 | u2 | u3 |        | u0 | u1 | u2 | u3 |      | u0 | u1 | u
21  *  -------------------  ......  -------------------  ....  ------------
22  *
23  * Allocation is done in offset-size areas of single unit space.  Ie,
24  * an area of 512 bytes at 6k in c1 occupies 512 bytes at 6k of c1:u0,
25  * c1:u1, c1:u2 and c1:u3.  On UMA, units corresponds directly to
26  * cpus.  On NUMA, the mapping can be non-linear and even sparse.
27  * Percpu access can be done by configuring percpu base registers
28  * according to cpu to unit mapping and pcpu_unit_size.
29  *
30  * There are usually many small percpu allocations many of them being
31  * as small as 4 bytes.  The allocator organizes chunks into lists
32  * according to free size and tries to allocate from the fullest one.
33  * Each chunk keeps the maximum contiguous area size hint which is
34  * guaranteed to be eqaul to or larger than the maximum contiguous
35  * area in the chunk.  This helps the allocator not to iterate the
36  * chunk maps unnecessarily.
37  *
38  * Allocation state in each chunk is kept using an array of integers
39  * on chunk->map.  A positive value in the map represents a free
40  * region and negative allocated.  Allocation inside a chunk is done
41  * by scanning this map sequentially and serving the first matching
42  * entry.  This is mostly copied from the percpu_modalloc() allocator.
43  * Chunks can be determined from the address using the index field
44  * in the page struct. The index field contains a pointer to the chunk.
45  *
46  * To use this allocator, arch code should do the followings.
47  *
48  * - define __addr_to_pcpu_ptr() and __pcpu_ptr_to_addr() to translate
49  *   regular address to percpu pointer and back if they need to be
50  *   different from the default
51  *
52  * - use pcpu_setup_first_chunk() during percpu area initialization to
53  *   setup the first chunk containing the kernel static percpu area
54  */
55
56 #include <linux/bitmap.h>
57 #include <linux/bootmem.h>
58 #include <linux/err.h>
59 #include <linux/list.h>
60 #include <linux/log2.h>
61 #include <linux/mm.h>
62 #include <linux/module.h>
63 #include <linux/mutex.h>
64 #include <linux/percpu.h>
65 #include <linux/pfn.h>
66 #include <linux/slab.h>
67 #include <linux/spinlock.h>
68 #include <linux/vmalloc.h>
69 #include <linux/workqueue.h>
70
71 #include <asm/cacheflush.h>
72 #include <asm/sections.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/io.h>
75
76 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT            5       /* 1-31 shares the same slot */
77 #define PCPU_DFL_MAP_ALLOC              16      /* start a map with 16 ents */
78
79 /* default addr <-> pcpu_ptr mapping, override in asm/percpu.h if necessary */
80 #ifndef __addr_to_pcpu_ptr
81 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)                                        \
82         (void __percpu *)((unsigned long)(addr) -                       \
83                           (unsigned long)pcpu_base_addr +               \
84                           (unsigned long)__per_cpu_start)
85 #endif
86 #ifndef __pcpu_ptr_to_addr
87 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)                                         \
88         (void __force *)((unsigned long)(ptr) +                         \
89                          (unsigned long)pcpu_base_addr -                \
90                          (unsigned long)__per_cpu_start)
91 #endif
92
93 struct pcpu_chunk {
94         struct list_head        list;           /* linked to pcpu_slot lists */
95         int                     free_size;      /* free bytes in the chunk */
96         int                     contig_hint;    /* max contiguous size hint */
97         void                    *base_addr;     /* base address of this chunk */
98         int                     map_used;       /* # of map entries used */
99         int                     map_alloc;      /* # of map entries allocated */
100         int                     *map;           /* allocation map */
101         void                    *data;          /* chunk data */
102         bool                    immutable;      /* no [de]population allowed */
103         unsigned long           populated[];    /* populated bitmap */
104 };
105
106 static int pcpu_unit_pages __read_mostly;
107 static int pcpu_unit_size __read_mostly;
108 static int pcpu_nr_units __read_mostly;
109 static int pcpu_atom_size __read_mostly;
110 static int pcpu_nr_slots __read_mostly;
111 static size_t pcpu_chunk_struct_size __read_mostly;
112
113 /* cpus with the lowest and highest unit numbers */
114 static unsigned int pcpu_first_unit_cpu __read_mostly;
115 static unsigned int pcpu_last_unit_cpu __read_mostly;
116
117 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
118 void *pcpu_base_addr __read_mostly;
119 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
120
121 static const int *pcpu_unit_map __read_mostly;          /* cpu -> unit */
122 const unsigned long *pcpu_unit_offsets __read_mostly;   /* cpu -> unit offset */
123
124 /* group information, used for vm allocation */
125 static int pcpu_nr_groups __read_mostly;
126 static const unsigned long *pcpu_group_offsets __read_mostly;
127 static const size_t *pcpu_group_sizes __read_mostly;
128
129 /*
130  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
131  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
132  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
133  */
134 static struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk;
135
136 /*
137  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
138  * chunk and serves it for reserved allocations.  The amount of
139  * reserved offset is in pcpu_reserved_chunk_limit.  When reserved
140  * area doesn't exist, the following variables contain NULL and 0
141  * respectively.
142  */
143 static struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk;
144 static int pcpu_reserved_chunk_limit;
145
146 /*
147  * Synchronization rules.
148  *
149  * There are two locks - pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock.  The former
150  * protects allocation/reclaim paths, chunks, populated bitmap and
151  * vmalloc mapping.  The latter is a spinlock and protects the index
152  * data structures - chunk slots, chunks and area maps in chunks.
153  *
154  * During allocation, pcpu_alloc_mutex is kept locked all the time and
155  * pcpu_lock is grabbed and released as necessary.  All actual memory
156  * allocations are done using GFP_KERNEL with pcpu_lock released.  In
157  * general, percpu memory can't be allocated with irq off but
158  * irqsave/restore are still used in alloc path so that it can be used
159  * from early init path - sched_init() specifically.
160  *
161  * Free path accesses and alters only the index data structures, so it
162  * can be safely called from atomic context.  When memory needs to be
163  * returned to the system, free path schedules reclaim_work which
164  * grabs both pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock, unlinks chunks to be
165  * reclaimed, release both locks and frees the chunks.  Note that it's
166  * necessary to grab both locks to remove a chunk from circulation as
167  * allocation path might be referencing the chunk with only
168  * pcpu_alloc_mutex locked.
169  */
170 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* protects whole alloc and reclaim */
171 static DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);      /* protects index data structures */
172
173 static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
174
175 /* reclaim work to release fully free chunks, scheduled from free path */
176 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work);
177 static DECLARE_WORK(pcpu_reclaim_work, pcpu_reclaim);
178
179 static bool pcpu_addr_in_first_chunk(void *addr)
180 {
181         void *first_start = pcpu_first_chunk->base_addr;
182
183         return addr >= first_start && addr < first_start + pcpu_unit_size;
184 }
185
186 static bool pcpu_addr_in_reserved_chunk(void *addr)
187 {
188         void *first_start = pcpu_first_chunk->base_addr;
189
190         return addr >= first_start &&
191                 addr < first_start + pcpu_reserved_chunk_limit;
192 }
193
194 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
195 {
196         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
197         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
198 }
199
200 static int pcpu_size_to_slot(int size)
201 {
202         if (size == pcpu_unit_size)
203                 return pcpu_nr_slots - 1;
204         return __pcpu_size_to_slot(size);
205 }
206
207 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
208 {
209         if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
210                 return 0;
211
212         return pcpu_size_to_slot(chunk->free_size);
213 }
214
215 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
216 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
217 {
218         page->index = (unsigned long)pcpu;
219 }
220
221 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
222 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
223 {
224         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
225 }
226
227 static int __maybe_unused pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
228 {
229         return pcpu_unit_map[cpu] * pcpu_unit_pages + page_idx;
230 }
231
232 static unsigned long __maybe_unused pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
233                                                 unsigned int cpu, int page_idx)
234 {
235         return (unsigned long)chunk->base_addr + pcpu_unit_offsets[cpu] +
236                 (page_idx << PAGE_SHIFT);
237 }
238
239 static struct page *pcpu_chunk_page(struct pcpu_chunk *chunk,
240                                     unsigned int cpu, int page_idx)
241 {
242         /* must not be used on pre-mapped chunk */
243         WARN_ON(chunk->immutable);
244
245         return vmalloc_to_page((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_idx));
246 }
247
248 static void __maybe_unused pcpu_next_unpop(struct pcpu_chunk *chunk,
249                                            int *rs, int *re, int end)
250 {
251         *rs = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs);
252         *re = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
253 }
254
255 static void __maybe_unused pcpu_next_pop(struct pcpu_chunk *chunk,
256                                          int *rs, int *re, int end)
257 {
258         *rs = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs);
259         *re = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
260 }
261
262 /*
263  * (Un)populated page region iterators.  Iterate over (un)populated
264  * page regions betwen @start and @end in @chunk.  @rs and @re should
265  * be integer variables and will be set to start and end page index of
266  * the current region.
267  */
268 #define pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, start, end)               \
269         for ((rs) = (start), pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)); \
270              (rs) < (re);                                                   \
271              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
272
273 #define pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, start, end)                 \
274         for ((rs) = (start), pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end));   \
275              (rs) < (re);                                                   \
276              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
277
278 /**
279  * pcpu_mem_alloc - allocate memory
280  * @size: bytes to allocate
281  *
282  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
283  * kzalloc() is used; otherwise, vmalloc() is used.  The returned
284  * memory is always zeroed.
285  *
286  * CONTEXT:
287  * Does GFP_KERNEL allocation.
288  *
289  * RETURNS:
290  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
291  */
292 static void *pcpu_mem_alloc(size_t size)
293 {
294         if (size <= PAGE_SIZE)
295                 return kzalloc(size, GFP_KERNEL);
296         else {
297                 void *ptr = vmalloc(size);
298                 if (ptr)
299                         memset(ptr, 0, size);
300                 return ptr;
301         }
302 }
303
304 /**
305  * pcpu_mem_free - free memory
306  * @ptr: memory to free
307  * @size: size of the area
308  *
309  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_alloc().
310  */
311 static void pcpu_mem_free(void *ptr, size_t size)
312 {
313         if (size <= PAGE_SIZE)
314                 kfree(ptr);
315         else
316                 vfree(ptr);
317 }
318
319 /**
320  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
321  * @chunk: chunk of interest
322  * @oslot: the previous slot it was on
323  *
324  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
325  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
326  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
327  * chunk slots.
328  *
329  * CONTEXT:
330  * pcpu_lock.
331  */
332 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
333 {
334         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
335
336         if (chunk != pcpu_reserved_chunk && oslot != nslot) {
337                 if (oslot < nslot)
338                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
339                 else
340                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
341         }
342 }
343
344 /**
345  * pcpu_need_to_extend - determine whether chunk area map needs to be extended
346  * @chunk: chunk of interest
347  *
348  * Determine whether area map of @chunk needs to be extended to
349  * accomodate a new allocation.
350  *
351  * CONTEXT:
352  * pcpu_lock.
353  *
354  * RETURNS:
355  * New target map allocation length if extension is necessary, 0
356  * otherwise.
357  */
358 static int pcpu_need_to_extend(struct pcpu_chunk *chunk)
359 {
360         int new_alloc;
361
362         if (chunk->map_alloc >= chunk->map_used + 2)
363                 return 0;
364
365         new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
366         while (new_alloc < chunk->map_used + 2)
367                 new_alloc *= 2;
368
369         return new_alloc;
370 }
371
372 /**
373  * pcpu_extend_area_map - extend area map of a chunk
374  * @chunk: chunk of interest
375  * @new_alloc: new target allocation length of the area map
376  *
377  * Extend area map of @chunk to have @new_alloc entries.
378  *
379  * CONTEXT:
380  * Does GFP_KERNEL allocation.  Grabs and releases pcpu_lock.
381  *
382  * RETURNS:
383  * 0 on success, -errno on failure.
384  */
385 static int pcpu_extend_area_map(struct pcpu_chunk *chunk, int new_alloc)
386 {
387         int *old = NULL, *new = NULL;
388         size_t old_size = 0, new_size = new_alloc * sizeof(new[0]);
389         unsigned long flags;
390
391         new = pcpu_mem_alloc(new_size);
392         if (!new)
393                 return -ENOMEM;
394
395         /* acquire pcpu_lock and switch to new area map */
396         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
397
398         if (new_alloc <= chunk->map_alloc)
399                 goto out_unlock;
400
401         old_size = chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]);
402         memcpy(new, chunk->map, old_size);
403
404         /*
405          * map_alloc < PCPU_DFL_MAP_ALLOC indicates that the chunk is
406          * one of the first chunks and still using static map.
407          */
408         if (chunk->map_alloc >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC)
409                 old = chunk->map;
410
411         chunk->map_alloc = new_alloc;
412         chunk->map = new;
413         new = NULL;
414
415 out_unlock:
416         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
417
418         /*
419          * pcpu_mem_free() might end up calling vfree() which uses
420          * IRQ-unsafe lock and thus can't be called under pcpu_lock.
421          */
422         pcpu_mem_free(old, old_size);
423         pcpu_mem_free(new, new_size);
424
425         return 0;
426 }
427
428 /**
429  * pcpu_split_block - split a map block
430  * @chunk: chunk of interest
431  * @i: index of map block to split
432  * @head: head size in bytes (can be 0)
433  * @tail: tail size in bytes (can be 0)
434  *
435  * Split the @i'th map block into two or three blocks.  If @head is
436  * non-zero, @head bytes block is inserted before block @i moving it
437  * to @i+1 and reducing its size by @head bytes.
438  *
439  * If @tail is non-zero, the target block, which can be @i or @i+1
440  * depending on @head, is reduced by @tail bytes and @tail byte block
441  * is inserted after the target block.
442  *
443  * @chunk->map must have enough free slots to accomodate the split.
444  *
445  * CONTEXT:
446  * pcpu_lock.
447  */
448 static void pcpu_split_block(struct pcpu_chunk *chunk, int i,
449                              int head, int tail)
450 {
451         int nr_extra = !!head + !!tail;
452
453         BUG_ON(chunk->map_alloc < chunk->map_used + nr_extra);
454
455         /* insert new subblocks */
456         memmove(&chunk->map[i + nr_extra], &chunk->map[i],
457                 sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
458         chunk->map_used += nr_extra;
459
460         if (head) {
461                 chunk->map[i + 1] = chunk->map[i] - head;
462                 chunk->map[i++] = head;
463         }
464         if (tail) {
465                 chunk->map[i++] -= tail;
466                 chunk->map[i] = tail;
467         }
468 }
469
470 /**
471  * pcpu_alloc_area - allocate area from a pcpu_chunk
472  * @chunk: chunk of interest
473  * @size: wanted size in bytes
474  * @align: wanted align
475  *
476  * Try to allocate @size bytes area aligned at @align from @chunk.
477  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
478  * populate or map the area.
479  *
480  * @chunk->map must have at least two free slots.
481  *
482  * CONTEXT:
483  * pcpu_lock.
484  *
485  * RETURNS:
486  * Allocated offset in @chunk on success, -1 if no matching area is
487  * found.
488  */
489 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
490 {
491         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
492         int max_contig = 0;
493         int i, off;
494
495         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++])) {
496                 bool is_last = i + 1 == chunk->map_used;
497                 int head, tail;
498
499                 /* extra for alignment requirement */
500                 head = ALIGN(off, align) - off;
501                 BUG_ON(i == 0 && head != 0);
502
503                 if (chunk->map[i] < 0)
504                         continue;
505                 if (chunk->map[i] < head + size) {
506                         max_contig = max(chunk->map[i], max_contig);
507                         continue;
508                 }
509
510                 /*
511                  * If head is small or the previous block is free,
512                  * merge'em.  Note that 'small' is defined as smaller
513                  * than sizeof(int), which is very small but isn't too
514                  * uncommon for percpu allocations.
515                  */
516                 if (head && (head < sizeof(int) || chunk->map[i - 1] > 0)) {
517                         if (chunk->map[i - 1] > 0)
518                                 chunk->map[i - 1] += head;
519                         else {
520                                 chunk->map[i - 1] -= head;
521                                 chunk->free_size -= head;
522                         }
523                         chunk->map[i] -= head;
524                         off += head;
525                         head = 0;
526                 }
527
528                 /* if tail is small, just keep it around */
529                 tail = chunk->map[i] - head - size;
530                 if (tail < sizeof(int))
531                         tail = 0;
532
533                 /* split if warranted */
534                 if (head || tail) {
535                         pcpu_split_block(chunk, i, head, tail);
536                         if (head) {
537                                 i++;
538                                 off += head;
539                                 max_contig = max(chunk->map[i - 1], max_contig);
540                         }
541                         if (tail)
542                                 max_contig = max(chunk->map[i + 1], max_contig);
543                 }
544
545                 /* update hint and mark allocated */
546                 if (is_last)
547                         chunk->contig_hint = max_contig; /* fully scanned */
548                 else
549                         chunk->contig_hint = max(chunk->contig_hint,
550                                                  max_contig);
551
552                 chunk->free_size -= chunk->map[i];
553                 chunk->map[i] = -chunk->map[i];
554
555                 pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
556                 return off;
557         }
558
559         chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
560         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
561
562         /* tell the upper layer that this chunk has no matching area */
563         return -1;
564 }
565
566 /**
567  * pcpu_free_area - free area to a pcpu_chunk
568  * @chunk: chunk of interest
569  * @freeme: offset of area to free
570  *
571  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
572  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
573  * the area.
574  *
575  * CONTEXT:
576  * pcpu_lock.
577  */
578 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme)
579 {
580         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
581         int i, off;
582
583         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++]))
584                 if (off == freeme)
585                         break;
586         BUG_ON(off != freeme);
587         BUG_ON(chunk->map[i] > 0);
588
589         chunk->map[i] = -chunk->map[i];
590         chunk->free_size += chunk->map[i];
591
592         /* merge with previous? */
593         if (i > 0 && chunk->map[i - 1] >= 0) {
594                 chunk->map[i - 1] += chunk->map[i];
595                 chunk->map_used--;
596                 memmove(&chunk->map[i], &chunk->map[i + 1],
597                         (chunk->map_used - i) * sizeof(chunk->map[0]));
598                 i--;
599         }
600         /* merge with next? */
601         if (i + 1 < chunk->map_used && chunk->map[i + 1] >= 0) {
602                 chunk->map[i] += chunk->map[i + 1];
603                 chunk->map_used--;
604                 memmove(&chunk->map[i + 1], &chunk->map[i + 2],
605                         (chunk->map_used - (i + 1)) * sizeof(chunk->map[0]));
606         }
607
608         chunk->contig_hint = max(chunk->map[i], chunk->contig_hint);
609         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
610 }
611
612 static struct pcpu_chunk *pcpu_alloc_chunk(void)
613 {
614         struct pcpu_chunk *chunk;
615
616         chunk = kzalloc(pcpu_chunk_struct_size, GFP_KERNEL);
617         if (!chunk)
618                 return NULL;
619
620         chunk->map = pcpu_mem_alloc(PCPU_DFL_MAP_ALLOC * sizeof(chunk->map[0]));
621         if (!chunk->map) {
622                 kfree(chunk);
623                 return NULL;
624         }
625
626         chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
627         chunk->map[chunk->map_used++] = pcpu_unit_size;
628
629         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
630         chunk->free_size = pcpu_unit_size;
631         chunk->contig_hint = pcpu_unit_size;
632
633         return chunk;
634 }
635
636 static void pcpu_free_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
637 {
638         if (!chunk)
639                 return;
640         pcpu_mem_free(chunk->map, chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]));
641         kfree(chunk);
642 }
643
644 /**
645  * pcpu_get_pages_and_bitmap - get temp pages array and bitmap
646  * @chunk: chunk of interest
647  * @bitmapp: output parameter for bitmap
648  * @may_alloc: may allocate the array
649  *
650  * Returns pointer to array of pointers to struct page and bitmap,
651  * both of which can be indexed with pcpu_page_idx().  The returned
652  * array is cleared to zero and *@bitmapp is copied from
653  * @chunk->populated.  Note that there is only one array and bitmap
654  * and access exclusion is the caller's responsibility.
655  *
656  * CONTEXT:
657  * pcpu_alloc_mutex and does GFP_KERNEL allocation if @may_alloc.
658  * Otherwise, don't care.
659  *
660  * RETURNS:
661  * Pointer to temp pages array on success, NULL on failure.
662  */
663 static struct page **pcpu_get_pages_and_bitmap(struct pcpu_chunk *chunk,
664                                                unsigned long **bitmapp,
665                                                bool may_alloc)
666 {
667         static struct page **pages;
668         static unsigned long *bitmap;
669         size_t pages_size = pcpu_nr_units * pcpu_unit_pages * sizeof(pages[0]);
670         size_t bitmap_size = BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) *
671                              sizeof(unsigned long);
672
673         if (!pages || !bitmap) {
674                 if (may_alloc && !pages)
675                         pages = pcpu_mem_alloc(pages_size);
676                 if (may_alloc && !bitmap)
677                         bitmap = pcpu_mem_alloc(bitmap_size);
678                 if (!pages || !bitmap)
679                         return NULL;
680         }
681
682         memset(pages, 0, pages_size);
683         bitmap_copy(bitmap, chunk->populated, pcpu_unit_pages);
684
685         *bitmapp = bitmap;
686         return pages;
687 }
688
689 /**
690  * pcpu_free_pages - free pages which were allocated for @chunk
691  * @chunk: chunk pages were allocated for
692  * @pages: array of pages to be freed, indexed by pcpu_page_idx()
693  * @populated: populated bitmap
694  * @page_start: page index of the first page to be freed
695  * @page_end: page index of the last page to be freed + 1
696  *
697  * Free pages [@page_start and @page_end) in @pages for all units.
698  * The pages were allocated for @chunk.
699  */
700 static void pcpu_free_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
701                             struct page **pages, unsigned long *populated,
702                             int page_start, int page_end)
703 {
704         unsigned int cpu;
705         int i;
706
707         for_each_possible_cpu(cpu) {
708                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
709                         struct page *page = pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
710
711                         if (page)
712                                 __free_page(page);
713                 }
714         }
715 }
716
717 /**
718  * pcpu_alloc_pages - allocates pages for @chunk
719  * @chunk: target chunk
720  * @pages: array to put the allocated pages into, indexed by pcpu_page_idx()
721  * @populated: populated bitmap
722  * @page_start: page index of the first page to be allocated
723  * @page_end: page index of the last page to be allocated + 1
724  *
725  * Allocate pages [@page_start,@page_end) into @pages for all units.
726  * The allocation is for @chunk.  Percpu core doesn't care about the
727  * content of @pages and will pass it verbatim to pcpu_map_pages().
728  */
729 static int pcpu_alloc_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
730                             struct page **pages, unsigned long *populated,
731                             int page_start, int page_end)
732 {
733         const gfp_t gfp = GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_COLD;
734         unsigned int cpu;
735         int i;
736
737         for_each_possible_cpu(cpu) {
738                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
739                         struct page **pagep = &pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
740
741                         *pagep = alloc_pages_node(cpu_to_node(cpu), gfp, 0);
742                         if (!*pagep) {
743                                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated,
744                                                 page_start, page_end);
745                                 return -ENOMEM;
746                         }
747                 }
748         }
749         return 0;
750 }
751
752 /**
753  * pcpu_pre_unmap_flush - flush cache prior to unmapping
754  * @chunk: chunk the regions to be flushed belongs to
755  * @page_start: page index of the first page to be flushed
756  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
757  *
758  * Pages in [@page_start,@page_end) of @chunk are about to be
759  * unmapped.  Flush cache.  As each flushing trial can be very
760  * expensive, issue flush on the whole region at once rather than
761  * doing it for each cpu.  This could be an overkill but is more
762  * scalable.
763  */
764 static void pcpu_pre_unmap_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
765                                  int page_start, int page_end)
766 {
767         flush_cache_vunmap(
768                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
769                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
770 }
771
772 static void __pcpu_unmap_pages(unsigned long addr, int nr_pages)
773 {
774         unmap_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT);
775 }
776
777 /**
778  * pcpu_unmap_pages - unmap pages out of a pcpu_chunk
779  * @chunk: chunk of interest
780  * @pages: pages array which can be used to pass information to free
781  * @populated: populated bitmap
782  * @page_start: page index of the first page to unmap
783  * @page_end: page index of the last page to unmap + 1
784  *
785  * For each cpu, unmap pages [@page_start,@page_end) out of @chunk.
786  * Corresponding elements in @pages were cleared by the caller and can
787  * be used to carry information to pcpu_free_pages() which will be
788  * called after all unmaps are finished.  The caller should call
789  * proper pre/post flush functions.
790  */
791 static void pcpu_unmap_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
792                              struct page **pages, unsigned long *populated,
793                              int page_start, int page_end)
794 {
795         unsigned int cpu;
796         int i;
797
798         for_each_possible_cpu(cpu) {
799                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
800                         struct page *page;
801
802                         page = pcpu_chunk_page(chunk, cpu, i);
803                         WARN_ON(!page);
804                         pages[pcpu_page_idx(cpu, i)] = page;
805                 }
806                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
807                                    page_end - page_start);
808         }
809
810         for (i = page_start; i < page_end; i++)
811                 __clear_bit(i, populated);
812 }
813
814 /**
815  * pcpu_post_unmap_tlb_flush - flush TLB after unmapping
816  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
817  * @page_start: page index of the first page to be flushed
818  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
819  *
820  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been unmapped.  Flush
821  * TLB for the regions.  This can be skipped if the area is to be
822  * returned to vmalloc as vmalloc will handle TLB flushing lazily.
823  *
824  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
825  * for the whole region.
826  */
827 static void pcpu_post_unmap_tlb_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
828                                       int page_start, int page_end)
829 {
830         flush_tlb_kernel_range(
831                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
832                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
833 }
834
835 static int __pcpu_map_pages(unsigned long addr, struct page **pages,
836                             int nr_pages)
837 {
838         return map_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT,
839                                         PAGE_KERNEL, pages);
840 }
841
842 /**
843  * pcpu_map_pages - map pages into a pcpu_chunk
844  * @chunk: chunk of interest
845  * @pages: pages array containing pages to be mapped
846  * @populated: populated bitmap
847  * @page_start: page index of the first page to map
848  * @page_end: page index of the last page to map + 1
849  *
850  * For each cpu, map pages [@page_start,@page_end) into @chunk.  The
851  * caller is responsible for calling pcpu_post_map_flush() after all
852  * mappings are complete.
853  *
854  * This function is responsible for setting corresponding bits in
855  * @chunk->populated bitmap and whatever is necessary for reverse
856  * lookup (addr -> chunk).
857  */
858 static int pcpu_map_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
859                           struct page **pages, unsigned long *populated,
860                           int page_start, int page_end)
861 {
862         unsigned int cpu, tcpu;
863         int i, err;
864
865         for_each_possible_cpu(cpu) {
866                 err = __pcpu_map_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
867                                        &pages[pcpu_page_idx(cpu, page_start)],
868                                        page_end - page_start);
869                 if (err < 0)
870                         goto err;
871         }
872
873         /* mapping successful, link chunk and mark populated */
874         for (i = page_start; i < page_end; i++) {
875                 for_each_possible_cpu(cpu)
876                         pcpu_set_page_chunk(pages[pcpu_page_idx(cpu, i)],
877                                             chunk);
878                 __set_bit(i, populated);
879         }
880
881         return 0;
882
883 err:
884         for_each_possible_cpu(tcpu) {
885                 if (tcpu == cpu)
886                         break;
887                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, tcpu, page_start),
888                                    page_end - page_start);
889         }
890         return err;
891 }
892
893 /**
894  * pcpu_post_map_flush - flush cache after mapping
895  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
896  * @page_start: page index of the first page to be flushed
897  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
898  *
899  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been mapped.  Flush
900  * cache.
901  *
902  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
903  * for the whole region.
904  */
905 static void pcpu_post_map_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
906                                 int page_start, int page_end)
907 {
908         flush_cache_vmap(
909                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
910                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
911 }
912
913 /**
914  * pcpu_depopulate_chunk - depopulate and unmap an area of a pcpu_chunk
915  * @chunk: chunk to depopulate
916  * @off: offset to the area to depopulate
917  * @size: size of the area to depopulate in bytes
918  * @flush: whether to flush cache and tlb or not
919  *
920  * For each cpu, depopulate and unmap pages [@page_start,@page_end)
921  * from @chunk.  If @flush is true, vcache is flushed before unmapping
922  * and tlb after.
923  *
924  * CONTEXT:
925  * pcpu_alloc_mutex.
926  */
927 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
928 {
929         int page_start = PFN_DOWN(off);
930         int page_end = PFN_UP(off + size);
931         struct page **pages;
932         unsigned long *populated;
933         int rs, re;
934
935         /* quick path, check whether it's empty already */
936         rs = page_start;
937         pcpu_next_unpop(chunk, &rs, &re, page_end);
938         if (rs == page_start && re == page_end)
939                 return;
940
941         /* immutable chunks can't be depopulated */
942         WARN_ON(chunk->immutable);
943
944         /*
945          * If control reaches here, there must have been at least one
946          * successful population attempt so the temp pages array must
947          * be available now.
948          */
949         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, false);
950         BUG_ON(!pages);
951
952         /* unmap and free */
953         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, page_end);
954
955         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
956                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
957
958         /* no need to flush tlb, vmalloc will handle it lazily */
959
960         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
961                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
962
963         /* commit new bitmap */
964         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
965 }
966
967 /**
968  * pcpu_populate_chunk - populate and map an area of a pcpu_chunk
969  * @chunk: chunk of interest
970  * @off: offset to the area to populate
971  * @size: size of the area to populate in bytes
972  *
973  * For each cpu, populate and map pages [@page_start,@page_end) into
974  * @chunk.  The area is cleared on return.
975  *
976  * CONTEXT:
977  * pcpu_alloc_mutex, does GFP_KERNEL allocation.
978  */
979 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
980 {
981         int page_start = PFN_DOWN(off);
982         int page_end = PFN_UP(off + size);
983         int free_end = page_start, unmap_end = page_start;
984         struct page **pages;
985         unsigned long *populated;
986         unsigned int cpu;
987         int rs, re, rc;
988
989         /* quick path, check whether all pages are already there */
990         rs = page_start;
991         pcpu_next_pop(chunk, &rs, &re, page_end);
992         if (rs == page_start && re == page_end)
993                 goto clear;
994
995         /* need to allocate and map pages, this chunk can't be immutable */
996         WARN_ON(chunk->immutable);
997
998         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, true);
999         if (!pages)
1000                 return -ENOMEM;
1001
1002         /* alloc and map */
1003         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
1004                 rc = pcpu_alloc_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
1005                 if (rc)
1006                         goto err_free;
1007                 free_end = re;
1008         }
1009
1010         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
1011                 rc = pcpu_map_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
1012                 if (rc)
1013                         goto err_unmap;
1014                 unmap_end = re;
1015         }
1016         pcpu_post_map_flush(chunk, page_start, page_end);
1017
1018         /* commit new bitmap */
1019         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
1020 clear:
1021         for_each_possible_cpu(cpu)
1022                 memset((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, 0) + off, 0, size);
1023         return 0;
1024
1025 err_unmap:
1026         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, unmap_end);
1027         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, unmap_end)
1028                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
1029         pcpu_post_unmap_tlb_flush(chunk, page_start, unmap_end);
1030 err_free:
1031         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, free_end)
1032                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
1033         return rc;
1034 }
1035
1036 static void pcpu_destroy_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
1037 {
1038         if (chunk && chunk->data)
1039                 pcpu_free_vm_areas(chunk->data, pcpu_nr_groups);
1040         pcpu_free_chunk(chunk);
1041 }
1042
1043 static struct pcpu_chunk *pcpu_create_chunk(void)
1044 {
1045         struct pcpu_chunk *chunk;
1046         struct vm_struct **vms;
1047
1048         chunk = pcpu_alloc_chunk();
1049         if (!chunk)
1050                 return NULL;
1051
1052         vms = pcpu_get_vm_areas(pcpu_group_offsets, pcpu_group_sizes,
1053                                 pcpu_nr_groups, pcpu_atom_size, GFP_KERNEL);
1054         if (!vms) {
1055                 pcpu_free_chunk(chunk);
1056                 return NULL;
1057         }
1058
1059         chunk->data = vms;
1060         chunk->base_addr = vms[0]->addr - pcpu_group_offsets[0];
1061         return chunk;
1062 }
1063
1064 /**
1065  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
1066  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
1067  *
1068  * RETURNS:
1069  * The address of the found chunk.
1070  */
1071 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
1072 {
1073         /* is it in the first chunk? */
1074         if (pcpu_addr_in_first_chunk(addr)) {
1075                 /* is it in the reserved area? */
1076                 if (pcpu_addr_in_reserved_chunk(addr))
1077                         return pcpu_reserved_chunk;
1078                 return pcpu_first_chunk;
1079         }
1080
1081         /*
1082          * The address is relative to unit0 which might be unused and
1083          * thus unmapped.  Offset the address to the unit space of the
1084          * current processor before looking it up in the vmalloc
1085          * space.  Note that any possible cpu id can be used here, so
1086          * there's no need to worry about preemption or cpu hotplug.
1087          */
1088         addr += pcpu_unit_offsets[raw_smp_processor_id()];
1089         return pcpu_get_page_chunk(vmalloc_to_page(addr));
1090 }
1091
1092 /**
1093  * pcpu_alloc - the percpu allocator
1094  * @size: size of area to allocate in bytes
1095  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1096  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
1097  *
1098  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.
1099  *
1100  * CONTEXT:
1101  * Does GFP_KERNEL allocation.
1102  *
1103  * RETURNS:
1104  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1105  */
1106 static void __percpu *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved)
1107 {
1108         static int warn_limit = 10;
1109         struct pcpu_chunk *chunk;
1110         const char *err;
1111         int slot, off, new_alloc;
1112         unsigned long flags;
1113
1114         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE)) {
1115                 WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for "
1116                      "percpu allocation\n", size, align);
1117                 return NULL;
1118         }
1119
1120         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1121         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1122
1123         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
1124         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
1125                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
1126
1127                 if (size > chunk->contig_hint) {
1128                         err = "alloc from reserved chunk failed";
1129                         goto fail_unlock;
1130                 }
1131
1132                 while ((new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk))) {
1133                         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1134                         if (pcpu_extend_area_map(chunk, new_alloc) < 0) {
1135                                 err = "failed to extend area map of reserved chunk";
1136                                 goto fail_unlock_mutex;
1137                         }
1138                         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1139                 }
1140
1141                 off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1142                 if (off >= 0)
1143                         goto area_found;
1144
1145                 err = "alloc from reserved chunk failed";
1146                 goto fail_unlock;
1147         }
1148
1149 restart:
1150         /* search through normal chunks */
1151         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
1152                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
1153                         if (size > chunk->contig_hint)
1154                                 continue;
1155
1156                         new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk);
1157                         if (new_alloc) {
1158                                 spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1159                                 if (pcpu_extend_area_map(chunk,
1160                                                          new_alloc) < 0) {
1161                                         err = "failed to extend area map";
1162                                         goto fail_unlock_mutex;
1163                                 }
1164                                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1165                                 /*
1166                                  * pcpu_lock has been dropped, need to
1167                                  * restart cpu_slot list walking.
1168                                  */
1169                                 goto restart;
1170                         }
1171
1172                         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1173                         if (off >= 0)
1174                                 goto area_found;
1175                 }
1176         }
1177
1178         /* hmmm... no space left, create a new chunk */
1179         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1180
1181         chunk = pcpu_create_chunk();
1182         if (!chunk) {
1183                 err = "failed to allocate new chunk";
1184                 goto fail_unlock_mutex;
1185         }
1186
1187         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1188         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1189         goto restart;
1190
1191 area_found:
1192         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1193
1194         /* populate, map and clear the area */
1195         if (pcpu_populate_chunk(chunk, off, size)) {
1196                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1197                 pcpu_free_area(chunk, off);
1198                 err = "failed to populate";
1199                 goto fail_unlock;
1200         }
1201
1202         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1203
1204         /* return address relative to base address */
1205         return __addr_to_pcpu_ptr(chunk->base_addr + off);
1206
1207 fail_unlock:
1208         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1209 fail_unlock_mutex:
1210         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1211         if (warn_limit) {
1212                 pr_warning("PERCPU: allocation failed, size=%zu align=%zu, "
1213                            "%s\n", size, align, err);
1214                 dump_stack();
1215                 if (!--warn_limit)
1216                         pr_info("PERCPU: limit reached, disable warning\n");
1217         }
1218         return NULL;
1219 }
1220
1221 /**
1222  * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
1223  * @size: size of area to allocate in bytes
1224  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1225  *
1226  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  Might
1227  * sleep.  Might trigger writeouts.
1228  *
1229  * CONTEXT:
1230  * Does GFP_KERNEL allocation.
1231  *
1232  * RETURNS:
1233  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1234  */
1235 void __percpu *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
1236 {
1237         return pcpu_alloc(size, align, false);
1238 }
1239 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
1240
1241 /**
1242  * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
1243  * @size: size of area to allocate in bytes
1244  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1245  *
1246  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align from reserved
1247  * percpu area if arch has set it up; otherwise, allocation is served
1248  * from the same dynamic area.  Might sleep.  Might trigger writeouts.
1249  *
1250  * CONTEXT:
1251  * Does GFP_KERNEL allocation.
1252  *
1253  * RETURNS:
1254  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1255  */
1256 void __percpu *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
1257 {
1258         return pcpu_alloc(size, align, true);
1259 }
1260
1261 /**
1262  * pcpu_reclaim - reclaim fully free chunks, workqueue function
1263  * @work: unused
1264  *
1265  * Reclaim all fully free chunks except for the first one.
1266  *
1267  * CONTEXT:
1268  * workqueue context.
1269  */
1270 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work)
1271 {
1272         LIST_HEAD(todo);
1273         struct list_head *head = &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1];
1274         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1275
1276         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1277         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1278
1279         list_for_each_entry_safe(chunk, next, head, list) {
1280                 WARN_ON(chunk->immutable);
1281
1282                 /* spare the first one */
1283                 if (chunk == list_first_entry(head, struct pcpu_chunk, list))
1284                         continue;
1285
1286                 list_move(&chunk->list, &todo);
1287         }
1288
1289         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1290
1291         list_for_each_entry_safe(chunk, next, &todo, list) {
1292                 pcpu_depopulate_chunk(chunk, 0, pcpu_unit_size);
1293                 pcpu_destroy_chunk(chunk);
1294         }
1295
1296         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1297 }
1298
1299 /**
1300  * free_percpu - free percpu area
1301  * @ptr: pointer to area to free
1302  *
1303  * Free percpu area @ptr.
1304  *
1305  * CONTEXT:
1306  * Can be called from atomic context.
1307  */
1308 void free_percpu(void __percpu *ptr)
1309 {
1310         void *addr;
1311         struct pcpu_chunk *chunk;
1312         unsigned long flags;
1313         int off;
1314
1315         if (!ptr)
1316                 return;
1317
1318         addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
1319
1320         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1321
1322         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
1323         off = addr - chunk->base_addr;
1324
1325         pcpu_free_area(chunk, off);
1326
1327         /* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
1328         if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
1329                 struct pcpu_chunk *pos;
1330
1331                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
1332                         if (pos != chunk) {
1333                                 schedule_work(&pcpu_reclaim_work);
1334                                 break;
1335                         }
1336         }
1337
1338         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1339 }
1340 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
1341
1342 /**
1343  * is_kernel_percpu_address - test whether address is from static percpu area
1344  * @addr: address to test
1345  *
1346  * Test whether @addr belongs to in-kernel static percpu area.  Module
1347  * static percpu areas are not considered.  For those, use
1348  * is_module_percpu_address().
1349  *
1350  * RETURNS:
1351  * %true if @addr is from in-kernel static percpu area, %false otherwise.
1352  */
1353 bool is_kernel_percpu_address(unsigned long addr)
1354 {
1355         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1356         void __percpu *base = __addr_to_pcpu_ptr(pcpu_base_addr);
1357         unsigned int cpu;
1358
1359         for_each_possible_cpu(cpu) {
1360                 void *start = per_cpu_ptr(base, cpu);
1361
1362                 if ((void *)addr >= start && (void *)addr < start + static_size)
1363                         return true;
1364         }
1365         return false;
1366 }
1367
1368 /**
1369  * per_cpu_ptr_to_phys - convert translated percpu address to physical address
1370  * @addr: the address to be converted to physical address
1371  *
1372  * Given @addr which is dereferenceable address obtained via one of
1373  * percpu access macros, this function translates it into its physical
1374  * address.  The caller is responsible for ensuring @addr stays valid
1375  * until this function finishes.
1376  *
1377  * RETURNS:
1378  * The physical address for @addr.
1379  */
1380 phys_addr_t per_cpu_ptr_to_phys(void *addr)
1381 {
1382         if (pcpu_addr_in_first_chunk(addr)) {
1383                 if ((unsigned long)addr < VMALLOC_START ||
1384                     (unsigned long)addr >= VMALLOC_END)
1385                         return __pa(addr);
1386                 else
1387                         return page_to_phys(vmalloc_to_page(addr));
1388         } else
1389                 return page_to_phys(vmalloc_to_page(addr));
1390 }
1391
1392 static inline size_t pcpu_calc_fc_sizes(size_t static_size,
1393                                         size_t reserved_size,
1394                                         ssize_t *dyn_sizep)
1395 {
1396         size_t size_sum;
1397
1398         size_sum = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
1399                              (*dyn_sizep >= 0 ? *dyn_sizep : 0));
1400         if (*dyn_sizep != 0)
1401                 *dyn_sizep = size_sum - static_size - reserved_size;
1402
1403         return size_sum;
1404 }
1405
1406 /**
1407  * pcpu_alloc_alloc_info - allocate percpu allocation info
1408  * @nr_groups: the number of groups
1409  * @nr_units: the number of units
1410  *
1411  * Allocate ai which is large enough for @nr_groups groups containing
1412  * @nr_units units.  The returned ai's groups[0].cpu_map points to the
1413  * cpu_map array which is long enough for @nr_units and filled with
1414  * NR_CPUS.  It's the caller's responsibility to initialize cpu_map
1415  * pointer of other groups.
1416  *
1417  * RETURNS:
1418  * Pointer to the allocated pcpu_alloc_info on success, NULL on
1419  * failure.
1420  */
1421 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_alloc_alloc_info(int nr_groups,
1422                                                       int nr_units)
1423 {
1424         struct pcpu_alloc_info *ai;
1425         size_t base_size, ai_size;
1426         void *ptr;
1427         int unit;
1428
1429         base_size = ALIGN(sizeof(*ai) + nr_groups * sizeof(ai->groups[0]),
1430                           __alignof__(ai->groups[0].cpu_map[0]));
1431         ai_size = base_size + nr_units * sizeof(ai->groups[0].cpu_map[0]);
1432
1433         ptr = alloc_bootmem_nopanic(PFN_ALIGN(ai_size));
1434         if (!ptr)
1435                 return NULL;
1436         ai = ptr;
1437         ptr += base_size;
1438
1439         ai->groups[0].cpu_map = ptr;
1440
1441         for (unit = 0; unit < nr_units; unit++)
1442                 ai->groups[0].cpu_map[unit] = NR_CPUS;
1443
1444         ai->nr_groups = nr_groups;
1445         ai->__ai_size = PFN_ALIGN(ai_size);
1446
1447         return ai;
1448 }
1449
1450 /**
1451  * pcpu_free_alloc_info - free percpu allocation info
1452  * @ai: pcpu_alloc_info to free
1453  *
1454  * Free @ai which was allocated by pcpu_alloc_alloc_info().
1455  */
1456 void __init pcpu_free_alloc_info(struct pcpu_alloc_info *ai)
1457 {
1458         free_bootmem(__pa(ai), ai->__ai_size);
1459 }
1460
1461 /**
1462  * pcpu_build_alloc_info - build alloc_info considering distances between CPUs
1463  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1464  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1465  * @atom_size: allocation atom size
1466  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1467  *
1468  * This function determines grouping of units, their mappings to cpus
1469  * and other parameters considering needed percpu size, allocation
1470  * atom size and distances between CPUs.
1471  *
1472  * Groups are always mutliples of atom size and CPUs which are of
1473  * LOCAL_DISTANCE both ways are grouped together and share space for
1474  * units in the same group.  The returned configuration is guaranteed
1475  * to have CPUs on different nodes on different groups and >=75% usage
1476  * of allocated virtual address space.
1477  *
1478  * RETURNS:
1479  * On success, pointer to the new allocation_info is returned.  On
1480  * failure, ERR_PTR value is returned.
1481  */
1482 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_build_alloc_info(
1483                                 size_t reserved_size, ssize_t dyn_size,
1484                                 size_t atom_size,
1485                                 pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn)
1486 {
1487         static int group_map[NR_CPUS] __initdata;
1488         static int group_cnt[NR_CPUS] __initdata;
1489         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1490         int group_cnt_max = 0, nr_groups = 1, nr_units = 0;
1491         size_t size_sum, min_unit_size, alloc_size;
1492         int upa, max_upa, uninitialized_var(best_upa);  /* units_per_alloc */
1493         int last_allocs, group, unit;
1494         unsigned int cpu, tcpu;
1495         struct pcpu_alloc_info *ai;
1496         unsigned int *cpu_map;
1497
1498         /* this function may be called multiple times */
1499         memset(group_map, 0, sizeof(group_map));
1500         memset(group_cnt, 0, sizeof(group_map));
1501
1502         /*
1503          * Determine min_unit_size, alloc_size and max_upa such that
1504          * alloc_size is multiple of atom_size and is the smallest
1505          * which can accomodate 4k aligned segments which are equal to
1506          * or larger than min_unit_size.
1507          */
1508         size_sum = pcpu_calc_fc_sizes(static_size, reserved_size, &dyn_size);
1509         min_unit_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1510
1511         alloc_size = roundup(min_unit_size, atom_size);
1512         upa = alloc_size / min_unit_size;
1513         while (alloc_size % upa || ((alloc_size / upa) & ~PAGE_MASK))
1514                 upa--;
1515         max_upa = upa;
1516
1517         /* group cpus according to their proximity */
1518         for_each_possible_cpu(cpu) {
1519                 group = 0;
1520         next_group:
1521                 for_each_possible_cpu(tcpu) {
1522                         if (cpu == tcpu)
1523                                 break;
1524                         if (group_map[tcpu] == group && cpu_distance_fn &&
1525                             (cpu_distance_fn(cpu, tcpu) > LOCAL_DISTANCE ||
1526                              cpu_distance_fn(tcpu, cpu) > LOCAL_DISTANCE)) {
1527                                 group++;
1528                                 nr_groups = max(nr_groups, group + 1);
1529                                 goto next_group;
1530                         }
1531                 }
1532                 group_map[cpu] = group;
1533                 group_cnt[group]++;
1534                 group_cnt_max = max(group_cnt_max, group_cnt[group]);
1535         }
1536
1537         /*
1538          * Expand unit size until address space usage goes over 75%
1539          * and then as much as possible without using more address
1540          * space.
1541          */
1542         last_allocs = INT_MAX;
1543         for (upa = max_upa; upa; upa--) {
1544                 int allocs = 0, wasted = 0;
1545
1546                 if (alloc_size % upa || ((alloc_size / upa) & ~PAGE_MASK))
1547                         continue;
1548
1549                 for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1550                         int this_allocs = DIV_ROUND_UP(group_cnt[group], upa);
1551                         allocs += this_allocs;
1552                         wasted += this_allocs * upa - group_cnt[group];
1553                 }
1554
1555                 /*
1556                  * Don't accept if wastage is over 25%.  The
1557                  * greater-than comparison ensures upa==1 always
1558                  * passes the following check.
1559                  */
1560                 if (wasted > num_possible_cpus() / 3)
1561                         continue;
1562
1563                 /* and then don't consume more memory */
1564                 if (allocs > last_allocs)
1565                         break;
1566                 last_allocs = allocs;
1567                 best_upa = upa;
1568         }
1569         upa = best_upa;
1570
1571         /* allocate and fill alloc_info */
1572         for (group = 0; group < nr_groups; group++)
1573                 nr_units += roundup(group_cnt[group], upa);
1574
1575         ai = pcpu_alloc_alloc_info(nr_groups, nr_units);
1576         if (!ai)
1577                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1578         cpu_map = ai->groups[0].cpu_map;
1579
1580         for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1581                 ai->groups[group].cpu_map = cpu_map;
1582                 cpu_map += roundup(group_cnt[group], upa);
1583         }
1584
1585         ai->static_size = static_size;
1586         ai->reserved_size = reserved_size;
1587         ai->dyn_size = dyn_size;
1588         ai->unit_size = alloc_size / upa;
1589         ai->atom_size = atom_size;
1590         ai->alloc_size = alloc_size;
1591
1592         for (group = 0, unit = 0; group_cnt[group]; group++) {
1593                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1594
1595                 /*
1596                  * Initialize base_offset as if all groups are located
1597                  * back-to-back.  The caller should update this to
1598                  * reflect actual allocation.
1599                  */
1600                 gi->base_offset = unit * ai->unit_size;
1601
1602                 for_each_possible_cpu(cpu)
1603                         if (group_map[cpu] == group)
1604                                 gi->cpu_map[gi->nr_units++] = cpu;
1605                 gi->nr_units = roundup(gi->nr_units, upa);
1606                 unit += gi->nr_units;
1607         }
1608         BUG_ON(unit != nr_units);
1609
1610         return ai;
1611 }
1612
1613 /**
1614  * pcpu_dump_alloc_info - print out information about pcpu_alloc_info
1615  * @lvl: loglevel
1616  * @ai: allocation info to dump
1617  *
1618  * Print out information about @ai using loglevel @lvl.
1619  */
1620 static void pcpu_dump_alloc_info(const char *lvl,
1621                                  const struct pcpu_alloc_info *ai)
1622 {
1623         int group_width = 1, cpu_width = 1, width;
1624         char empty_str[] = "--------";
1625         int alloc = 0, alloc_end = 0;
1626         int group, v;
1627         int upa, apl;   /* units per alloc, allocs per line */
1628
1629         v = ai->nr_groups;
1630         while (v /= 10)
1631                 group_width++;
1632
1633         v = num_possible_cpus();
1634         while (v /= 10)
1635                 cpu_width++;
1636         empty_str[min_t(int, cpu_width, sizeof(empty_str) - 1)] = '\0';
1637
1638         upa = ai->alloc_size / ai->unit_size;
1639         width = upa * (cpu_width + 1) + group_width + 3;
1640         apl = rounddown_pow_of_two(max(60 / width, 1));
1641
1642         printk("%spcpu-alloc: s%zu r%zu d%zu u%zu alloc=%zu*%zu",
1643                lvl, ai->static_size, ai->reserved_size, ai->dyn_size,
1644                ai->unit_size, ai->alloc_size / ai->atom_size, ai->atom_size);
1645
1646         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1647                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1648                 int unit = 0, unit_end = 0;
1649
1650                 BUG_ON(gi->nr_units % upa);
1651                 for (alloc_end += gi->nr_units / upa;
1652                      alloc < alloc_end; alloc++) {
1653                         if (!(alloc % apl)) {
1654                                 printk("\n");
1655                                 printk("%spcpu-alloc: ", lvl);
1656                         }
1657                         printk("[%0*d] ", group_width, group);
1658
1659                         for (unit_end += upa; unit < unit_end; unit++)
1660                                 if (gi->cpu_map[unit] != NR_CPUS)
1661                                         printk("%0*d ", cpu_width,
1662                                                gi->cpu_map[unit]);
1663                                 else
1664                                         printk("%s ", empty_str);
1665                 }
1666         }
1667         printk("\n");
1668 }
1669
1670 /**
1671  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
1672  * @ai: pcpu_alloc_info describing how to percpu area is shaped
1673  * @base_addr: mapped address
1674  *
1675  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
1676  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
1677  * setup path.
1678  *
1679  * @ai contains all information necessary to initialize the first
1680  * chunk and prime the dynamic percpu allocator.
1681  *
1682  * @ai->static_size is the size of static percpu area.
1683  *
1684  * @ai->reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
1685  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
1686  * the first chunk such that it's available only through reserved
1687  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
1688  * static areas on architectures where the addressing model has
1689  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
1690  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
1691  *
1692  * @ai->dyn_size determines the number of bytes available for dynamic
1693  * allocation in the first chunk.  The area between @ai->static_size +
1694  * @ai->reserved_size + @ai->dyn_size and @ai->unit_size is unused.
1695  *
1696  * @ai->unit_size specifies unit size and must be aligned to PAGE_SIZE
1697  * and equal to or larger than @ai->static_size + @ai->reserved_size +
1698  * @ai->dyn_size.
1699  *
1700  * @ai->atom_size is the allocation atom size and used as alignment
1701  * for vm areas.
1702  *
1703  * @ai->alloc_size is the allocation size and always multiple of
1704  * @ai->atom_size.  This is larger than @ai->atom_size if
1705  * @ai->unit_size is larger than @ai->atom_size.
1706  *
1707  * @ai->nr_groups and @ai->groups describe virtual memory layout of
1708  * percpu areas.  Units which should be colocated are put into the
1709  * same group.  Dynamic VM areas will be allocated according to these
1710  * groupings.  If @ai->nr_groups is zero, a single group containing
1711  * all units is assumed.
1712  *
1713  * The caller should have mapped the first chunk at @base_addr and
1714  * copied static data to each unit.
1715  *
1716  * If the first chunk ends up with both reserved and dynamic areas, it
1717  * is served by two chunks - one to serve the core static and reserved
1718  * areas and the other for the dynamic area.  They share the same vm
1719  * and page map but uses different area allocation map to stay away
1720  * from each other.  The latter chunk is circulated in the chunk slots
1721  * and available for dynamic allocation like any other chunks.
1722  *
1723  * RETURNS:
1724  * 0 on success, -errno on failure.
1725  */
1726 int __init pcpu_setup_first_chunk(const struct pcpu_alloc_info *ai,
1727                                   void *base_addr)
1728 {
1729         static char cpus_buf[4096] __initdata;
1730         static int smap[2], dmap[2];
1731         size_t dyn_size = ai->dyn_size;
1732         size_t size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + dyn_size;
1733         struct pcpu_chunk *schunk, *dchunk = NULL;
1734         unsigned long *group_offsets;
1735         size_t *group_sizes;
1736         unsigned long *unit_off;
1737         unsigned int cpu;
1738         int *unit_map;
1739         int group, unit, i;
1740
1741         cpumask_scnprintf(cpus_buf, sizeof(cpus_buf), cpu_possible_mask);
1742
1743 #define PCPU_SETUP_BUG_ON(cond) do {                                    \
1744         if (unlikely(cond)) {                                           \
1745                 pr_emerg("PERCPU: failed to initialize, %s", #cond);    \
1746                 pr_emerg("PERCPU: cpu_possible_mask=%s\n", cpus_buf);   \
1747                 pcpu_dump_alloc_info(KERN_EMERG, ai);                   \
1748                 BUG();                                                  \
1749         }                                                               \
1750 } while (0)
1751
1752         /* sanity checks */
1753         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(smap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC ||
1754                      ARRAY_SIZE(dmap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC);
1755         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->nr_groups <= 0);
1756         PCPU_SETUP_BUG_ON(!ai->static_size);
1757         PCPU_SETUP_BUG_ON(!base_addr);
1758         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < size_sum);
1759         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size & ~PAGE_MASK);
1760         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1761
1762         /* process group information and build config tables accordingly */
1763         group_offsets = alloc_bootmem(ai->nr_groups * sizeof(group_offsets[0]));
1764         group_sizes = alloc_bootmem(ai->nr_groups * sizeof(group_sizes[0]));
1765         unit_map = alloc_bootmem(nr_cpu_ids * sizeof(unit_map[0]));
1766         unit_off = alloc_bootmem(nr_cpu_ids * sizeof(unit_off[0]));
1767
1768         for (cpu = 0; cpu < nr_cpu_ids; cpu++)
1769                 unit_map[cpu] = UINT_MAX;
1770         pcpu_first_unit_cpu = NR_CPUS;
1771
1772         for (group = 0, unit = 0; group < ai->nr_groups; group++, unit += i) {
1773                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1774
1775                 group_offsets[group] = gi->base_offset;
1776                 group_sizes[group] = gi->nr_units * ai->unit_size;
1777
1778                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++) {
1779                         cpu = gi->cpu_map[i];
1780                         if (cpu == NR_CPUS)
1781                                 continue;
1782
1783                         PCPU_SETUP_BUG_ON(cpu > nr_cpu_ids);
1784                         PCPU_SETUP_BUG_ON(!cpu_possible(cpu));
1785                         PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] != UINT_MAX);
1786
1787                         unit_map[cpu] = unit + i;
1788                         unit_off[cpu] = gi->base_offset + i * ai->unit_size;
1789
1790                         if (pcpu_first_unit_cpu == NR_CPUS)
1791                                 pcpu_first_unit_cpu = cpu;
1792                 }
1793         }
1794         pcpu_last_unit_cpu = cpu;
1795         pcpu_nr_units = unit;
1796
1797         for_each_possible_cpu(cpu)
1798                 PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] == UINT_MAX);
1799
1800         /* we're done parsing the input, undefine BUG macro and dump config */
1801 #undef PCPU_SETUP_BUG_ON
1802         pcpu_dump_alloc_info(KERN_INFO, ai);
1803
1804         pcpu_nr_groups = ai->nr_groups;
1805         pcpu_group_offsets = group_offsets;
1806         pcpu_group_sizes = group_sizes;
1807         pcpu_unit_map = unit_map;
1808         pcpu_unit_offsets = unit_off;
1809
1810         /* determine basic parameters */
1811         pcpu_unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
1812         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
1813         pcpu_atom_size = ai->atom_size;
1814         pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk) +
1815                 BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) * sizeof(unsigned long);
1816
1817         /*
1818          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
1819          * empty chunks.
1820          */
1821         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
1822         pcpu_slot = alloc_bootmem(pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]));
1823         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
1824                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
1825
1826         /*
1827          * Initialize static chunk.  If reserved_size is zero, the
1828          * static chunk covers static area + dynamic allocation area
1829          * in the first chunk.  If reserved_size is not zero, it
1830          * covers static area + reserved area (mostly used for module
1831          * static percpu allocation).
1832          */
1833         schunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1834         INIT_LIST_HEAD(&schunk->list);
1835         schunk->base_addr = base_addr;
1836         schunk->map = smap;
1837         schunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(smap);
1838         schunk->immutable = true;
1839         bitmap_fill(schunk->populated, pcpu_unit_pages);
1840
1841         if (ai->reserved_size) {
1842                 schunk->free_size = ai->reserved_size;
1843                 pcpu_reserved_chunk = schunk;
1844                 pcpu_reserved_chunk_limit = ai->static_size + ai->reserved_size;
1845         } else {
1846                 schunk->free_size = dyn_size;
1847                 dyn_size = 0;                   /* dynamic area covered */
1848         }
1849         schunk->contig_hint = schunk->free_size;
1850
1851         schunk->map[schunk->map_used++] = -ai->static_size;
1852         if (schunk->free_size)
1853                 schunk->map[schunk->map_used++] = schunk->free_size;
1854
1855         /* init dynamic chunk if necessary */
1856         if (dyn_size) {
1857                 dchunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1858                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->list);
1859                 dchunk->base_addr = base_addr;
1860                 dchunk->map = dmap;
1861                 dchunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(dmap);
1862                 dchunk->immutable = true;
1863                 bitmap_fill(dchunk->populated, pcpu_unit_pages);
1864
1865                 dchunk->contig_hint = dchunk->free_size = dyn_size;
1866                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = -pcpu_reserved_chunk_limit;
1867                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = dchunk->free_size;
1868         }
1869
1870         /* link the first chunk in */
1871         pcpu_first_chunk = dchunk ?: schunk;
1872         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
1873
1874         /* we're done */
1875         pcpu_base_addr = base_addr;
1876         return 0;
1877 }
1878
1879 const char *pcpu_fc_names[PCPU_FC_NR] __initdata = {
1880         [PCPU_FC_AUTO]  = "auto",
1881         [PCPU_FC_EMBED] = "embed",
1882         [PCPU_FC_PAGE]  = "page",
1883 };
1884
1885 enum pcpu_fc pcpu_chosen_fc __initdata = PCPU_FC_AUTO;
1886
1887 static int __init percpu_alloc_setup(char *str)
1888 {
1889         if (0)
1890                 /* nada */;
1891 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK
1892         else if (!strcmp(str, "embed"))
1893                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_EMBED;
1894 #endif
1895 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1896         else if (!strcmp(str, "page"))
1897                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_PAGE;
1898 #endif
1899         else
1900                 pr_warning("PERCPU: unknown allocator %s specified\n", str);
1901
1902         return 0;
1903 }
1904 early_param("percpu_alloc", percpu_alloc_setup);
1905
1906 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK) || \
1907         !defined(CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA)
1908 /**
1909  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
1910  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1911  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1912  * @atom_size: allocation atom size
1913  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1914  * @alloc_fn: function to allocate percpu page
1915  * @free_fn: funtion to free percpu page
1916  *
1917  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1918  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1919  *
1920  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
1921  * by calling @alloc_fn and used as-is without being mapped into
1922  * vmalloc area.  Allocations are always whole multiples of @atom_size
1923  * aligned to @atom_size.
1924  *
1925  * This enables the first chunk to piggy back on the linear physical
1926  * mapping which often uses larger page size.  Please note that this
1927  * can result in very sparse cpu->unit mapping on NUMA machines thus
1928  * requiring large vmalloc address space.  Don't use this allocator if
1929  * vmalloc space is not orders of magnitude larger than distances
1930  * between node memory addresses (ie. 32bit NUMA machines).
1931  *
1932  * When @dyn_size is positive, dynamic area might be larger than
1933  * specified to fill page alignment.  When @dyn_size is auto,
1934  * @dyn_size is just big enough to fill page alignment after static
1935  * and reserved areas.
1936  *
1937  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
1938  * size, the leftover is returned using @free_fn.
1939  *
1940  * RETURNS:
1941  * 0 on success, -errno on failure.
1942  */
1943 int __init pcpu_embed_first_chunk(size_t reserved_size, ssize_t dyn_size,
1944                                   size_t atom_size,
1945                                   pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn,
1946                                   pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1947                                   pcpu_fc_free_fn_t free_fn)
1948 {
1949         void *base = (void *)ULONG_MAX;
1950         void **areas = NULL;
1951         struct pcpu_alloc_info *ai;
1952         size_t size_sum, areas_size, max_distance;
1953         int group, i, rc;
1954
1955         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, dyn_size, atom_size,
1956                                    cpu_distance_fn);
1957         if (IS_ERR(ai))
1958                 return PTR_ERR(ai);
1959
1960         size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
1961         areas_size = PFN_ALIGN(ai->nr_groups * sizeof(void *));
1962
1963         areas = alloc_bootmem_nopanic(areas_size);
1964         if (!areas) {
1965                 rc = -ENOMEM;
1966                 goto out_free;
1967         }
1968
1969         /* allocate, copy and determine base address */
1970         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1971                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1972                 unsigned int cpu = NR_CPUS;
1973                 void *ptr;
1974
1975                 for (i = 0; i < gi->nr_units && cpu == NR_CPUS; i++)
1976                         cpu = gi->cpu_map[i];
1977                 BUG_ON(cpu == NR_CPUS);
1978
1979                 /* allocate space for the whole group */
1980                 ptr = alloc_fn(cpu, gi->nr_units * ai->unit_size, atom_size);
1981                 if (!ptr) {
1982                         rc = -ENOMEM;
1983                         goto out_free_areas;
1984                 }
1985                 areas[group] = ptr;
1986
1987                 base = min(ptr, base);
1988
1989                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++, ptr += ai->unit_size) {
1990                         if (gi->cpu_map[i] == NR_CPUS) {
1991                                 /* unused unit, free whole */
1992                                 free_fn(ptr, ai->unit_size);
1993                                 continue;
1994                         }
1995                         /* copy and return the unused part */
1996                         memcpy(ptr, __per_cpu_load, ai->static_size);
1997                         free_fn(ptr + size_sum, ai->unit_size - size_sum);
1998                 }
1999         }
2000
2001         /* base address is now known, determine group base offsets */
2002         max_distance = 0;
2003         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
2004                 ai->groups[group].base_offset = areas[group] - base;
2005                 max_distance = max_t(size_t, max_distance,
2006                                      ai->groups[group].base_offset);
2007         }
2008         max_distance += ai->unit_size;
2009
2010         /* warn if maximum distance is further than 75% of vmalloc space */
2011         if (max_distance > (VMALLOC_END - VMALLOC_START) * 3 / 4) {
2012                 pr_warning("PERCPU: max_distance=0x%zx too large for vmalloc "
2013                            "space 0x%lx\n",
2014                            max_distance, VMALLOC_END - VMALLOC_START);
2015 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
2016                 /* and fail if we have fallback */
2017                 rc = -EINVAL;
2018                 goto out_free;
2019 #endif
2020         }
2021
2022         pr_info("PERCPU: Embedded %zu pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu u%zu\n",
2023                 PFN_DOWN(size_sum), base, ai->static_size, ai->reserved_size,
2024                 ai->dyn_size, ai->unit_size);
2025
2026         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, base);
2027         goto out_free;
2028
2029 out_free_areas:
2030         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++)
2031                 free_fn(areas[group],
2032                         ai->groups[group].nr_units * ai->unit_size);
2033 out_free:
2034         pcpu_free_alloc_info(ai);
2035         if (areas)
2036                 free_bootmem(__pa(areas), areas_size);
2037         return rc;
2038 }
2039 #endif /* CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK ||
2040           !CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */
2041
2042 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
2043 /**
2044  * pcpu_page_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
2045  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
2046  * @alloc_fn: function to allocate percpu page, always called with PAGE_SIZE
2047  * @free_fn: funtion to free percpu page, always called with PAGE_SIZE
2048  * @populate_pte_fn: function to populate pte
2049  *
2050  * This is a helper to ease setting up page-remapped first percpu
2051  * chunk and can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
2052  *
2053  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
2054  * page-by-page into vmalloc area.
2055  *
2056  * RETURNS:
2057  * 0 on success, -errno on failure.
2058  */
2059 int __init pcpu_page_first_chunk(size_t reserved_size,
2060                                  pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
2061                                  pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
2062                                  pcpu_fc_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
2063 {
2064         static struct vm_struct vm;
2065         struct pcpu_alloc_info *ai;
2066         char psize_str[16];
2067         int unit_pages;
2068         size_t pages_size;
2069         struct page **pages;
2070         int unit, i, j, rc;
2071
2072         snprintf(psize_str, sizeof(psize_str), "%luK", PAGE_SIZE >> 10);
2073
2074         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, -1, PAGE_SIZE, NULL);
2075         if (IS_ERR(ai))
2076                 return PTR_ERR(ai);
2077         BUG_ON(ai->nr_groups != 1);
2078         BUG_ON(ai->groups[0].nr_units != num_possible_cpus());
2079
2080         unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
2081
2082         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
2083         pages_size = PFN_ALIGN(unit_pages * num_possible_cpus() *
2084                                sizeof(pages[0]));
2085         pages = alloc_bootmem(pages_size);
2086
2087         /* allocate pages */
2088         j = 0;
2089         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++)
2090                 for (i = 0; i < unit_pages; i++) {
2091                         unsigned int cpu = ai->groups[0].cpu_map[unit];
2092                         void *ptr;
2093
2094                         ptr = alloc_fn(cpu, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
2095                         if (!ptr) {
2096                                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate %s page "
2097                                            "for cpu%u\n", psize_str, cpu);
2098                                 goto enomem;
2099                         }
2100                         pages[j++] = virt_to_page(ptr);
2101                 }
2102
2103         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
2104         vm.flags = VM_ALLOC;
2105         vm.size = num_possible_cpus() * ai->unit_size;
2106         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
2107
2108         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
2109                 unsigned long unit_addr =
2110                         (unsigned long)vm.addr + unit * ai->unit_size;
2111
2112                 for (i = 0; i < unit_pages; i++)
2113                         populate_pte_fn(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
2114
2115                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
2116                 rc = __pcpu_map_pages(unit_addr, &pages[unit * unit_pages],
2117                                       unit_pages);
2118                 if (rc < 0)
2119                         panic("failed to map percpu area, err=%d\n", rc);
2120
2121                 /*
2122                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
2123                  * cache for the linear mapping here - something
2124                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
2125                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
2126                  * data structures are not set up yet.
2127                  */
2128
2129                 /* copy static data */
2130                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, ai->static_size);
2131         }
2132
2133         /* we're ready, commit */
2134         pr_info("PERCPU: %d %s pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu\n",
2135                 unit_pages, psize_str, vm.addr, ai->static_size,
2136                 ai->reserved_size, ai->dyn_size);
2137
2138         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, vm.addr);
2139         goto out_free_ar;
2140
2141 enomem:
2142         while (--j >= 0)
2143                 free_fn(page_address(pages[j]), PAGE_SIZE);
2144         rc = -ENOMEM;
2145 out_free_ar:
2146         free_bootmem(__pa(pages), pages_size);
2147         pcpu_free_alloc_info(ai);
2148         return rc;
2149 }
2150 #endif /* CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK */
2151
2152 /*
2153  * Generic percpu area setup.
2154  *
2155  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
2156  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
2157  * important because many archs have addressing restrictions and might
2158  * fail if the percpu area is located far away from the previous
2159  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
2160  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
2161  * on the physical linear memory mapping which uses large page
2162  * mappings on applicable archs.
2163  */
2164 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
2165 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
2166 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
2167
2168 static void * __init pcpu_dfl_fc_alloc(unsigned int cpu, size_t size,
2169                                        size_t align)
2170 {
2171         return __alloc_bootmem_nopanic(size, align, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
2172 }
2173
2174 static void __init pcpu_dfl_fc_free(void *ptr, size_t size)
2175 {
2176         free_bootmem(__pa(ptr), size);
2177 }
2178
2179 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2180 {
2181         unsigned long delta;
2182         unsigned int cpu;
2183         int rc;
2184
2185         /*
2186          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
2187          * what the legacy allocator did.
2188          */
2189         rc = pcpu_embed_first_chunk(PERCPU_MODULE_RESERVE,
2190                                     PERCPU_DYNAMIC_RESERVE, PAGE_SIZE, NULL,
2191                                     pcpu_dfl_fc_alloc, pcpu_dfl_fc_free);
2192         if (rc < 0)
2193                 panic("Failed to initialized percpu areas.");
2194
2195         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
2196         for_each_possible_cpu(cpu)
2197                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + pcpu_unit_offsets[cpu];
2198 }
2199 #endif /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */